Helion đang phát triển bán dẫn và thiết bị điện tử công suất mới để giảm tổn hao điện trong các nhà máy nhiệt hạch. Theo TechCrunch, công ty nhận 175 triệu USD từ ngân sách liên bang Mỹ cho hoạt động nghiên cứu, phát triển và sản xuất. David Kirtley là đồng sáng lập kiêm giám đốc điều hành Helion. Ông cho biết giảm một nửa tổn hao trong thiết bị điện tử công suất có thể tăng gấp đôi điện đầu ra của toàn hệ thống nhiệt hạch.
Các thiết bị điện tử công suất hiện làm thất thoát khoảng 5% đến 10% lượng điện đi qua chúng. Mức tổn hao này tích tụ qua nhiều thành phần trong hệ thống của Helion. Bán dẫn hiệu suất cao có thể giúp giảm tổn hao trong quá trình chuyển đổi và thu hồi điện.
Khoản đầu tư phục vụ dây chuyền bán dẫn tại Mỹ
Khoản tài trợ 175 triệu USD kéo dài ba năm và hỗ trợ hoạt động tại bang Washington cùng Vermont. Helion dự kiến dùng vốn để nghiên cứu bán dẫn, phát triển công nghệ đóng gói tiên tiến và xây dựng năng lực sản xuất các mô đun điện tử công suất tại Mỹ.
Bộ Thương mại Mỹ cấp khoản tài trợ theo đạo luật CHIPS, chính sách được ban hành dưới thời Tổng thống Joe Biden nhằm củng cố hoạt động nghiên cứu, phát triển và sản xuất mô đun bán dẫn tại Mỹ. Cùng thời điểm, Helion công bố thêm khoản đầu tư tư nhân trị giá 50 triệu USD nhưng không tiết lộ danh tính nhà đầu tư.
Theo TechCrunch, tổng số vốn Helion đã huy động vượt 3,2 tỷ USD, đưa công ty trở thành doanh nghiệp khởi nghiệp nhiệt hạch được cấp vốn nhiều thứ hai. Quy mô đầu tư này cũng cho thấy vì sao các doanh nghiệp năng lượng có thể xuất hiện trong nhóm công ty công nghệ khí hậu đáng chú ý, bên cạnh các dự án tập trung trực tiếp vào giảm phát thải.
Nội dung phân bổ khoản đầu tư
David Kirtley cho biết hơn 100 triệu USD sẽ được dành cho nghiên cứu bán dẫn và công nghệ đóng gói tiên tiến tại bang Washington. Khoảng 80 triệu USD khác hỗ trợ nghiên cứu tại Vermont. Tại đây, Helion phối hợp với GlobalFoundries để phát triển công cụ, thiết kế và quy trình bán dẫn tiên tiến.
GlobalFoundries cũng đã nhận hơn 80 triệu USD từ chính phủ liên bang Mỹ để thúc đẩy sản xuất bán dẫn gali nitrua, vật liệu được sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện tử công suất.
Helion sẽ xây dựng dây chuyền mới tại bang Washington. Theo Kirtley, đây sẽ là cơ sở đầu tiên tại Mỹ sản xuất loại bán dẫn điện áp cao, hoạt động theo xung mà Helion cần. Các linh kiện cùng nhóm còn có thể được dùng trong sản xuất, xử lý nước thải, y tế và quốc phòng.
Nhà máy Orion vẫn hướng tới thời hạn năm 2028
Helion vẫn đặt mục tiêu hoàn thành Orion vào năm 2028 để thực hiện thỏa thuận cung cấp điện cho Microsoft qua lưới điện. Tuy nhiên, công nghệ bán dẫn thuộc chương trình mới sẽ chủ yếu phục vụ các nhà máy được xây dựng sau Orion.
Khoản tài trợ sẽ giúp Helion xây dựng năng lực tự động hóa cho hoạt động sản xuất mô đun bán dẫn, đóng gói và kiểm thử linh kiện dùng cho cỗ máy nhiệt hạch Orion đang được chế tạo.
Công nghệ hình thành từ chương trình nghiên cứu này sẽ không kịp được đưa vào Orion trước khi nhà máy vận hành. Kirtley giải thích rằng quá trình đàm phán hợp đồng liên bang có thể kéo dài nhiều tháng. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà máy Helion xây dựng sau Orion nâng hiệu suất và khả năng cạnh tranh trên thị trường điện.
Việc phối hợp lò phản ứng, điện tử công suất, hệ thống điều khiển và dây chuyền bán dẫn khiến dự án của Helion có nhiều đặc điểm của một hệ thống hạ tầng công nghệ quy mô lớn. Hiệu suất của từng thành phần có thể ảnh hưởng đến lượng điện cuối cùng được đưa lên lưới.
Helion thu điện trực tiếp từ phản ứng nhiệt hạch
Helion không dùng nhiệt từ phản ứng để đun nước, tạo hơi và quay tua bin như trong nhà máy điện truyền thống. Thiết kế của công ty thu điện trực tiếp từ phản ứng, vì vậy hiệu suất của bán dẫn và thiết bị điện tử công suất ảnh hưởng trực tiếp đến điện đầu ra.
Lò phản ứng Helion đang phát triển sử dụng cấu hình đảo trường. Nhiên liệu nhiệt hạch được đưa vào hai đầu của một buồng gần giống đồng hồ cát. Nhiên liệu sau đó được gia nhiệt để tạo thành plasma. Từ trường đẩy hai khối plasma về phía nhau. Khi chúng va chạm, một từ trường khác tiếp tục nén plasma. Theo mô tả của TechCrunch, quá trình này nâng nhiệt độ lên trên 100 triệu độ C.
Ở mức nhiệt độ và áp suất đó, các nguyên tử trong nhiên liệu bắt đầu hợp nhất và giải phóng năng lượng. Plasma giãn ra rồi tác động ngược lên từ trường. Nam châm và tụ điện thu lại phần năng lượng này và chuyển thành điện.
Cơ chế này gần giống quá trình ô tô điện hoặc xe lai dùng động cơ điện để hãm xe và nạp lại pin. Phép so sánh này dùng để giải thích nguyên lý thu hồi năng lượng bằng thiết bị điện. Tổn hao trong bán dẫn vì thế có thể làm giảm đáng kể lượng điện ròng.
Hiệu suất quyết định khả năng thương mại hóa
Helion gọi phương pháp của mình là chuyển đổi năng lượng trực tiếp. Công ty cho rằng thiết kế này có thể giúp các lò phản ứng tương lai tạo ra nhiều điện hơn lượng điện cần để vận hành, ngưỡng cần thiết để một nhà máy nhiệt hạch có khả năng thương mại.
Kirtley cho biết bán dẫn hiện đại cho phép Helion đưa điện vào hệ thống nhiệt hạch với hiệu suất cao và thu hồi điện nhanh sau phản ứng. Bán dẫn hiệu suất cao có thể tiếp tục giảm tổn hao trong quá trình chuyển đổi và thu hồi điện.
Ứng dụng ngoài nhà máy nhiệt hạch
Điện tử công suất tiên tiến hiện được sử dụng rộng rãi trong xe điện. Thiết bị điện tử tiêu dùng cũng có thể hưởng lợi từ công nghệ này. Tuy nhiên, yêu cầu về kích thước và công suất thấp hơn nhiều so với hệ thống của Helion.
Quốc phòng là một lĩnh vực ứng dụng khác được nhắc đến. Bill Frauenhofer phụ trách đầu tư và đổi mới bán dẫn tại Bộ Thương mại Mỹ. Ông cho biết khoản tài trợ sẽ hỗ trợ hoạt động chuyển đổi và cung cấp điện cho các ứng dụng quan trọng trong quốc phòng, truyền tải điện và sản xuất năng lượng tiên tiến.
Kirtley khẳng định trọng tâm chính của Helion vẫn là đưa điện lên lưới, dù công nghệ có thể được sử dụng trong các hợp đồng quốc phòng. Với Orion, phép thử gần nhất là khả năng biến phản ứng nhiệt hạch thành nguồn điện vận hành đúng hạn và cạnh tranh trên thị trường. Chương trình bán dẫn mới sẽ tác động chủ yếu đến hiệu suất của những nhà máy Helion xây dựng sau Orion.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật cách Helion biến khoản đầu tư bán dẫn này thành hiệu suất thực tế tại các nhà máy nhiệt hạch.
